光伏发电耦合PEM电解水制氢测试方法的开发
能源与动力工程资助企业:
上海唐锋能源科技有限公司
企业导师: 郝传璞

指导教师: 闫晓辉

项目成员: 白宸昀、张哲信

项目概述
本项目名为“光伏发电耦合PEM电解水制氢测试方法的开发”,旨在根据光伏(PV)与质子交换膜(PEM)电解槽耦合系统的实验与仿真,开发针对其性能与耐久性的测试方法。项目聚焦光伏波动性对电解水制氢耐久的影响,通过仿真与实验结合,分析系统长期运行中的性能衰减特性及加速应力源(功率波动、启停循环、热应力)的作用机理。经过金年会官网与上海唐锋能源科技的校企合作,项目提出测试台加速测试模拟方案和耦合系统动态仿真模型,优化水热管理策略,形成标准化测试协议和运行策略,为光伏-PEM制氢系统的商业化应用提供技术支撑,助力国家“双碳”目标。
项目目标
企业希望通过根据实际搭建的PV-PEM电解槽耦合系统设计测试台加速测试模拟方案和耦合系统动态仿真模型
1. 构建标准化加速应力测试(AST)协议:设计动态电流AST程序,模拟光伏日间功率波动、循环启停和天气变化对于耦合系统耐久性能的影响,通过CV、EIS等电化学表征手段分析电解槽极化行为与衰减机理。
2. 优化耦合策略与验证:通过仿真建模(Matlab/Simulink)优化PV-PEM耦合方式,验证不同策略对电解槽耐久性的影响,提出光伏电源与PEM电解槽的最佳耦合方案。
3. 多应力源关联分析:模拟功率波动、启停循环等应力源,将实验室AST结果与实际工况的耐久性特征关联,形成在短时间内等效长期运行的加速测试程序。
4. 系统稳定性保障:确定MPPT算法、DC/DC转换效率等关键参数,优化PID温控策略,确保系统在户外多气候条件下的稳定运行。
项目成果
1. 动态仿真模型与优化策略:基于Simulink建立PV-PEM动态模型,验证扰动观察法MPPT算法的有效性,提出电路响应时间优化方案,筛选出最大化系统寿命的耦合策略。
2. 实验验证与商业化支持:通过500h的实际系统运行,提出可复制的系统测试协议和加速应力测试,缩短耐久性评估周期至100小时。
3. AST程序与衰减机理分析:完成80h循环方波电压循环测试和200h的加速应力测试,揭示阳极Ir氧化物催化剂因电位变化导致溶解和表面羟基化等核心衰减机制,发现欧姆损失反常降低现象。
4. 多应力耦合测试协议:结合原位表征(CV、EIS)与离线分析(SEM/XPS),建立性能衰减与材料退化的映射关系,形成涵盖功率波动、热应力的标准化AST组合程序。